提高直流输电换相能力的强迫换相拓扑结构研究

针对传统高压直流输电逆变侧易发生换相失败的问题,提出了一种新型强迫换相桥路拓扑,该拓扑的阀臂采用了两组串联晶闸管通过电容器并联结构.基于该拓扑结构,给出了3种工作状态及相互切换模式,设计了电容电压控制策略,并通过理论计算得到了电容预充电压的最优值.最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了所提出的新型桥路模型,进行正常及故障情况下的仿真,验证了电容电压控制策略的正确性,且与传统HVDC相比,新桥路能防御交流系统大部分单相故障,对三相故障也有很好的防御效果,有效地降低了换相失败发生的概率.所提出的拓扑结构可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的故障恢复特性.     

含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法

为了减小含有STATCOM的HVDC输电系统发生换相失败的概率,对STATCOM和HVDC系统原有的控制策略进行了改善。故障时,基于STATCOM的定交流电压控制,投入交流电压参考值调节功能;基于HVDC的定直流电流控制和定关断角控制,投入附加直流电流和附加关断角控制功能。在PSCAD/EMTDC中进行的仿真分析表明:当换流母线处分别发生故障水平为23.08%、84.24%的单相电感接地故障时,交流电压参考值调节功能可以有效抵御换相失败、防止连续换相失败;当故障更严重,故障水平上升为120.34%时,附加直流电流和附加关断角控制功能可以有效防止连续换相失败。所提出的控制方法可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的运行性能。     

特高压直流换流阀非周期触发暂态特性分析

±800 kV/4 750 A特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流阀通过了型式试验。饱和电抗器是换流阀中晶闸管的串联保护元件,深入研究其电气特性对于提高换流阀的可靠性有重要意义。分析了特高压换流阀在非周期触发工况下,晶闸管开通物理过程及电气应力;分析了饱和电抗器各电气参数、铁芯电感和铁芯等值电阻动态过程对开通应力的影响。研究了饱和电抗器与晶闸管协调配合工作的原则,提出了饱和电抗器电气参数设计方法。仿真结果显示,饱和电抗器在非周期开通过程中起到了很好的保护作用,浪涌电流峰值及电流变化率均在晶闸管耐受范围内。     

±500 kV双端柔性直流架空输电系统中混合式直流断路器重合闸操作暂态特性

±500 kV柔性直流输电系统采用架空线路输电方案时,输电线路出现暂时性短路事故的概率激增,需采用断路器实施重合闸以保障系统的可靠运行,目前直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)重合闸时的暂态操作特性尚不清楚。本文建立了含换流站关键设备和混合式高压直流断路器在内的双端±500 kV伪双极柔性直流架空输电系统模型,研究了柔性直流输电系统单极暂时性对地短路故障发生后,混合式直流断路器开断至重合闸过程的电磁暂态特性以及直流断路器关键参数对其开断和重合闸特性的影响。仿真分析表明直流断路器能够在5 ms内切断该故障;由于换流阀不闭锁,断路器开断后换流变阀侧电流未降至0。150 ms故障去游离时间后断路器可在4 ms内重合闸,换流变阀侧电流和极线电压将在200 ms内振荡上升至额定运行工况。此外,随着RCD支路电容C增大,断路器关断性能降低,而断路器重合时固态开关支路与机械支路电流转移速率则与RCD支路的电容C无关。研究成果可为±500 kV柔性直流架空输电线路断路器性能校验提供相应的数据参考。     

直流参与受端弱交流系统黑启动的技术条件

针对江苏电网现状,考虑利用宜兴抽水蓄能水电站作为黑启动电源,启动龙政直流参与初期黑启动可加快电网恢复速度。通过对直流参与黑启动时的控制模式、启动方式、解锁方式及顺序控制的研究,确定了黑启动时直流自身的技术要求。同时针对直流以最小功率启动的情况,研究了黑启动时的交流系统强度要求、励磁涌流抑制和无功协调配合。利用PSCAD电磁暂态模型进行仿真,结果验证了理论分析的正确性。     

模块化多电平换流器操作过电压分析EI北大核心CSCD

模块化多电平换流器(MMC)是高压大容量柔性直流(VSC-HVDC)输电工程的核心,换流器设备的参数设计和型式试验需要基于其暂态过电压的分析结果。为此,提出了模块化多电平换流器的操作过电压计算模型。基于±500 k V柔性直流输电工程的系统参数,研究了模块化多电平换流器设备的设计参数对操作过电压的影响,包括避雷器、桥臂电抗器和子模块储能电容器。结果表明:对于模块化多电平换流器,操作过电压分析中起决定作用的故障工况是换流器交流出口单相接地故障、换流器直流出口单极接地故障、和换流器交流出口相间短路故障;避雷器的荷电率增加时,模块化多电平换流器交流侧相对地、直流侧极对地和桥臂端间的最大操作过电压幅值降低;桥臂电抗器的电感值增加时,模块化多电平换流器的交流侧相对地最大操作过电压幅值降低;子模块储能电容器的电容值增加时,模块化多电平换流器直流侧极对地最大操作过电压幅值增加。研究结果可为柔性直流输电工程换流器的设计和试验提供参考。     

基于改进换相面积的直流输电换相失败判别方法

对换相电压时间面积判据进行了改进,在判断换相失败时考虑到直流电流的波动,得到改进换相面积判据,该判据的推导过程更接近工程实际。在仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了±800 kV传统直流输电仿真系统LCC-HVDC。分别采用改进前后的换相面积作为换相失败的判据,搭建了换相失败的判断程序并用于判断LCC-HVDC仿真系统中由于交流侧故障导致的换相失败。仿真结果表明,改进换相面积判据可以更加准确地判断换相失败。最后,根据仿真结果,进一步分析了故障时刻对换相失败的影响。     

静止同步补偿器对高压直流输电系统运行极限的影响

为了研究静止同步补偿器(STATCOM)对高压直流(HVDC)输电系统稳定性的改善作用,分析了不同容量的STATCOM对HVDC输电系统运行极限的影响.在PSCAD/EMTDC中搭建了含有STATCOM的HVDC输电模型,分别分析了在逆变侧交流母线发生故障和连接较弱受端系统情况下,STATCOM对单馈入HVDC输电系统的影响.此外,搭建了含有STATCOM的双馈入HVDC输电系统,研究了STATCOM对多馈入HVDC输电系统运行极限的影响,以及直流子系统之间的电气距离对STATCOM改善作用的影响.仿真结果表明:接入STATCOM可以使HVDC输电系统在较低的短路比情况下稳定运行;随着STATCOM容量的增大,系统临界短路比的降幅逐渐减小;在多馈入直流系统中,随着子系统之间电气距离的增大,STATCOM对远端子系统临界短路比的改善作用降低.     

一种降低直流输电换相失败概率的控制方法

为减小直流输电系统发生换相失败的概率,分析了换相失败机理,得出促进换相过程的关键。首先,基于数字信号处理器实时监测装置,结合故障电压和故障电流特征,提出了一种功率分量检测法。然后,利用该方法的故障检测结果,提出了一种基于电流指令速动的控制方法,能迅速减小直流电流。理论分析表明,功率分量检测法具有更好的灵敏性与准确性,而电流指令速动控制不仅能快速减小换相面积,而且在一定程度上增大了换相电压。在PSCAD/EMTDC中搭建了双馈入直流输电系统模型。仿真结果与理论分析相符,证明所提出的功率分量检测法与电流指令速动控制具有一定的优越性,能降低换相失败发生概率,减小换相失败的影响范围。